בטכנולוגיית רובוטיקה מודרנית, במיוחד בתחום הרובוטים התעשייתיים, חמש הטכנולוגיות המרכזיות כוללותמנועי סרוו, מפחיתים, מפרקי תנועה, בקרים ומפעילים. טכנולוגיות ליבה אלו בונות במשותף את המערכת הדינמית ומערכת הבקרה של הרובוט, מה שמבטיח שהרובוט יכול להשיג בקרת תנועה מדויקת, מהירה וגמישה וביצוע משימות. להלן ניתוח מעמיק של חמש טכנולוגיות מפתח אלו:
1. מנוע סרוו
מנועי סרוו הם ה"לב" של מערכות הכוח של הרובוט, האחראים על המרת אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית והנעת התנועה של מפרקים שונים של הרובוט. היתרון המרכזי של מנועי סרוו טמון ביכולות בקרת המיקום, המהירות והמומנט שלהם ברמת דיוק גבוהה.
עקרון עבודה: מנועי סרוו משתמשים בדרך כלל במנועים סינכרוניים מגנט קבוע (PMSM) או במנועי סרוו זרם חילופין (AC Servo) כדי לשלוט במדויק על המיקום והמהירות של רוטור המנוע על ידי שינוי הפאזה של זרם הכניסה. המקודד המובנה מספק אותות משוב בזמן אמת, ויוצר מערכת בקרה בלולאה סגורה להשגת תגובה דינמית גבוהה ובקרה מדויקת.
מאפיינים: למנועי סרוו יש את המאפיינים של טווח מהירויות רחב, יעילות גבוהה, אינרציה נמוכה וכו'. הם יכולים להשלים פעולות האצה, האטה ומיקום בזמן קצר מאוד, דבר הכרחי ליישומי רובוט הדורשים עצירה תכופה ומיקום מדויק. .
שליטה חכמה: מנועי סרוו מודרניים משלבים גם אלגוריתמים מתקדמים כמו בקרת PID, בקרה אדפטיבית וכו', שיכולים להתאים אוטומטית פרמטרים בהתאם לשינויי עומס כדי לשמור על ביצועים יציבים.
2. מפחית
פונקציה: המפחית מחובר בין מנוע הסרוו למפרק הרובוט, ותפקידו העיקרי הוא להפחית את תפוקת הסיבוב המהיר של המנוע, להגדיל את המומנט ולעמוד בדרישות של מומנט גבוה ומהירות נמוכה של מפרק הרובוט. .
סוג: המפחיתים הנפוצים כוללים מפחיתים הרמוניים ומפחיתי קרוואנים. ביניהם,מפחיתי קרוואניםמתאימים במיוחד למבנים מפרקים רב צירים ברובוטים תעשייתיים בשל קשיחותם הגבוהה, הדיוק הגבוה ויחס ההעברה הגדול שלהם.
נקודות טכניות: דיוק הייצור של המפחית משפיע ישירות על דיוק המיקום החוזר והיציבות התפעולית של הרובוט. מרווח רשת ההילוכים הפנימי של מצמצמים מתקדמים הוא קטן ביותר, והם צריכים להיות בעלי עמידות בפני שחיקה טובה וחיי שירות ארוכים.
4. בקר
תפקוד הליבה: הבקר הוא המוח של הרובוט, שמקבל הוראות ושולט על מצב התנועה של כל מפרק בהתבסס על תוכניות מוגדרות מראש או תוצאות חישוב בזמן אמת.
ארכיטקטורה טכנית: בהתבסס על מערכות משובצות, הבקר משלב מעגלי חומרה, מעבדי אותות דיגיטליים, מיקרו-בקרים וממשקים שונים כדי להשיג פונקציות מורכבות כגון תכנון תנועה, יצירת מסלול והיתוך נתונים חיישנים.
אלגוריתמי בקרה מתקדמים:בקרי רובוט מודרנייםבדרך כלל לאמץ תיאוריות בקרה מתקדמות כגון בקרת מודל חיזוי (MPC), בקרת מבנה משתנה של מצב הזזה (SMC), בקרת לוגיקה מטושטשת (FLC), ובקרה אדפטיבית כדי להתמודד עם אתגרי בקרה בדרישות משימות מורכבות ובסביבות לא ודאיות.
5. מוציא לפועל
הגדרה ותפקוד: מפעיל הוא מכשיר הממיר אותות חשמליים הנפלטים על ידי בקר לפעולות פיזיות ממשיות. זה בדרך כלל מתייחס ליחידת נהיגה שלמה המורכבת ממנועי סרוו, מפחיתים ורכיבים מכניים קשורים.
בקרת כוח ובקרת מיקום: המפעיל לא רק צריך להשיג בקרת מיקום מדויקת, אלא גם צריך ליישם בקרת מומנט או משוב מישוש עבור מכלול מדויק או רובוטי שיקום רפואי, כלומר, מצב בקרת כוח, כדי להבטיח רגישות ובטיחות כוח במהלך תהליך הפעולה.
יתירות ושיתוף פעולה: ברובוטים מרובי מפרקים, מפעילים שונים צריכים לתאם את עבודתם, ואסטרטגיות בקרה מתקדמות משמשות לטיפול בהשפעות הצימוד בין המפרקים, להשגת תנועה גמישה ואופטימיזציה של הנתיב של הרובוט בחלל.
6. טכנולוגיית חיישנים
למרות שאינה מוזכרת במפורש בחמש הטכנולוגיות המרכזיות, טכנולוגיית החיישנים היא מרכיב חשוב לרובוטים להשגת תפיסה וקבלת החלטות מושכלת. עבור רובוטים מודרניים בעלי דיוק גבוה וחכמה, שילוב חיישנים מרובים (כגון חיישני מיקום, חיישני מומנט, חיישני ראייה וכו') כדי לקבל מידע סביבתי ומצב עצמי הוא חיוני.
חיישני מיקום ומהירות: המקודד מותקן על מנוע הסרוו כדי לספק משוב מיקום ומהירות בזמן אמת, ויוצר מערכת בקרה בלולאה סגורה; בנוסף, חיישני זווית המפרק יכולים למדוד במדויק את זווית הסיבוב בפועל של כל מפרק נע.
חיישני כוח ומומנט: מוטבעים באפקטור הקצה של מפעילים או רובוטים, המשמשים לתחושת כוח ומומנט מגע, מה שמאפשר לרובוטים להיות בעלי יכולות פעולה חלקות ומאפייני אינטראקציה בטוחים.
חיישני תפיסה חזותית וסביבתית: כולל מצלמות, LiDAR, מצלמות עומק וכו', המשמשים לשחזור תלת מימד של סצנה, זיהוי ומעקב אחר מטרות, ניווט הימנעות ממכשולים ופונקציות נוספות, המאפשרים לרובוטים להסתגל לסביבות דינמיות ולקבל החלטות מתאימות.
7. תקשורת וטכנולוגיית רשת
טכנולוגיית תקשורת יעילה וארכיטקטורת רשת חיוניות באותה מידה במערכות מרובות רובוטים ובתרחישים של שלט רחוק
תקשורת פנימית: חילופי נתונים במהירות גבוהה בין בקרים ובין בקרים וחיישנים דורשת טכנולוגיית אפיק יציבה, כגון CANopen, EtherCAT ופרוטוקולי Ethernet תעשייתיים בזמן אמת אחרים.
תקשורת חיצונית: באמצעות טכנולוגיות תקשורת אלחוטיות כגון Wi Fi, 5G, Bluetooth וכו', רובוטים יכולים ליצור אינטראקציה עם מכשירים אחרים ושרתי ענן כדי להשיג ניטור מרחוק, עדכוני תוכניות, ניתוח ביג דאטה ופונקציות אחרות.
8. ניהול אנרגיה וכוח
מערכת חשמל: בחר ספק כוח המתאים למאפייני עומס העבודה של הרובוט, ותכנן מערכת ניהול חשמל סבירה כדי להבטיח פעולה יציבה לטווח ארוך ולעמוד בדרישות פתאומיות של הספק גבוה.
טכנולוגיית שחזור אנרגיה וחיסכון באנרגיה: חלק ממערכות רובוטים מתקדמות החלו לאמץ טכנולוגיית שחזור אנרגיה, אשר ממירה אנרגיה מכנית לאגירת אנרגיה חשמלית במהלך האטה כדי לשפר את יעילות האנרגיה הכוללת.
9. רמת תוכנה ואלגוריתם
אלגוריתמים לתכנון תנועה ובקרה: מיצירת מסלולים ואופטימיזציה של נתיבים ועד לזיהוי התנגשות ואסטרטגיות הימנעות ממכשולים, אלגוריתמים מתקדמים תומכים בתנועה יעילה ומדויקת של רובוטים.
בינה מלאכותית ולמידה אוטונומית: על ידי ניצול טכנולוגיות כמו למידת מכונה ולמידה עמוקה, רובוטים יכולים להתאמן ולבצע פעולות חוזרות ברציפות כדי לשפר את יכולות השלמת המשימות שלהם, מה שמאפשר היגיון מורכב יותר של קבלת החלטות והתנהגות אוטונומית.
10.טכנולוגיית אינטראקציה עם מחשב אנושי
בתרחישי יישומים רבים, במיוחד בתחומי רובוטי שירות ורובוטים שיתופיים, טכנולוגיית אינטראקציה בין אדם למחשב היא חיונית:
זיהוי וסינתזה של דיבור: על ידי שילוב טכנולוגיית עיבוד שפה טבעית (NLP), רובוטים מסוגלים להבין פקודות קוליות אנושיות ולספק משוב בדיבור ברור וטבעי.
אינטראקציה מישוש: עצב רובוטים עם מנגנוני משוב מישוש שיכולים לדמות תחושות מישוש מציאותיות, לשפר את חווית המשתמש והבטיחות במהלך הפעולה או האינטראקציה.
זיהוי מחוות: שימוש בטכנולוגיית ראייה ממוחשבת כדי ללכוד ולנתח מחוות אנושיות, מה שמאפשר לרובוטים להגיב לפקודות מחוות ללא מגע ולהשיג שליטה תפעולית אינטואיטיבית.
חישוב הבעת פנים ורגשות: לרובוטים חברתיים יש מערכות הבעת פנים ויכולות זיהוי רגשות שיכולות לבטא רגשות, ובכך להתאים טוב יותר לצרכים הרגשיים של אנשים ולשפר את יעילות התקשורת.
זמן פרסום: 05-05-2024
